空中的飞机掉不下来

空中的飞机掉不下来

很早人们就梦想像鸟一样在天空中自由飞翔，人们发现鸟有两种飞行方式:扑翼飞行和滑翔。最早人们注意到的是鸟的扑翼飞行，想象鸟一样靠翅膀上下扑动来飞行，结果失败了。最后人们转向学习鸟类的滑翔。对于鸟类的滑翔，很久以来人们一直迷惑不解，外国曾有人认为鸟的肚子里有热气作用。我国晋朝一个叫葛洪的人在仔细观察老鹰的飞行后，解释说，老鹰伸直两翅，并不扑动，反能盘旋飞行，且越飞越高，是因为有上升气流的缘故。基于鸟类滑翔的道理，人们造出了滑翔机和早期的飞机。

现在我们知道飞机能够在高空中飞行不落的原因，是因为受到一个升力作用，而使飞机获得升的主要部件是机翼。但是飞机是如何得到这一升力的呢?为解释这个问题，我们先做一个简单的实验:

将一乒乓球放置于一倒扣的漏斗内，先用一纸板托住漏斗口。这时用吸尘器从漏斗窄口向里吹气，并拿走纸板，此时乒乓球却掉不下来。这就是“升力”托住了球体。因为空气流过球与漏斗壁间窄缝时的流速大于流出漏斗口时的流速，所以漏斗宽口处的压力大于漏斗窄口处的压力，它克服了乒乓球的重力，使球支持着不落下来，即流速增加，压强降低，这在物理学上叫做伯努利原理。

飞机获得升力的情况和上面的实验相似，只是这时还要考虑机翼周围存在着的空气的环流。这种环流在飞机飞行中迭加到经过机翼的原平移气流上。在机翼上部，环流的方向与平移气流的方向相同，迭加结果使空气流的速度增加;在机翼下部，环流的方向与平移气流的方向相反，因而空气流速度减小。根据伯努利原理，机翼上方的压强减小，下方的压强增大，形成了一个向上并稍微偏后的总压力Q。把Q分为水平与竖直方向上的两个分力f、F，其中F就是飞机机翼受到的向上升力，它使飞机上升或保持飞机悬浮在空中;f分力是阻止飞机前进的正面阻力。

飞机在飞行时，受到升力F、重力P、推进器的前进力F₁和阻力f的作用。要使飞机能正常飞行，应保证升力足够大、阻力最小，经过长期实践与观察，人们发现把机翼前缘做成纯圆形而后部做成尖锐形状，并且使机翼上部稍微凸起，便可以使飞机少受旋涡影响，即受到的阻力较小，因此人们逐步改善机翼的形状，采用流线型机翼。

实践证明，在其他条件相同时，飞行的速度越快，机翼产生的升力也越大;机翼截面积越大，升力越大。对于低速飞行的运输机，就要有较大的机翼，以获得足够大的升力。对高速飞行的飞机，机翼长产生的阻力就大，此时应采用小机翼。所以针对不同飞行速度的要求，采用不同的机翼及不同的截面形状。

不论哪一种截面形状的机翼，在一定范围内增大仰角α，都可以提高升力。飞机起飞的速度较小，为了增大升力，就要抬起机头，靠增大机翼的仰角来增加升力。但仰角增大时，阻力也会增大，在机翼上面所形成的湍流区越来越大，这时机翼受到的升力就要减小。所以在一般飞行中，机翼的仰角是有一定范围的，如果超出了这个范围，不但不能增加升力，反而会引起失速现象，使飞机掉下来。

一般飞机必须同空气有相对运动，机翼才可以产生升力。而另有一种飞机，它具有停在空中不动的本领。这就是直升机。直升机在军事和民用中都发挥着重大作用，它可以用于在交通不便地区运送物资、抢救伤病员、摄影，还可用于测绘地表、护林防火等。

直升机机翼和空气没有相对运动，升力应该不存在，为什么它能在空中突然停住不动又不掉下来呢?原来直升机的升力是由在它头顶上会旋转的机翼所产生的。当直升机停在空中的时候，它的旋翼仍然在不停地转动，产生一个同直升机重力大小相等、方向相反的升力。因此，直升机就能不前进、也不后退、不升高、也不降低，稳稳地停在空中执行任务。